丝胶结构及其改性材料研究进展

林楠 左保齐

摘要： 丝胶蛋白原料非常丰富且性能优异，如今其在化妆品、食品、医药和生物材料等方面已展现出优良的开发潜能。文章阐述了丝胶蛋白的组成和前人对其结构的研究，介绍了蚕丝丝胶固着原理和丝胶固着工艺目前的进展;汇总了对天然丝胶蛋白、丝胶复合材料、丝胶改性材料和再生絲胶蛋白材料的生物性能的应用研究方面的进展，并提出了当前存在的问题及今后的研究方向，以期能进一步应用丝胶，将丝胶蛋白变废为宝，获得更好的社会效益和经济效益。

关键词： 丝胶蛋白;服用;固着整理;生物性能;改性

中图分类号： TS102.33

文献标志码： A

文章编号： 10017003（2020）10003409

引用页码： 101107

DOI： 10.3969/j.issn.1001 7003.2020.10.007（篇序）

Research progress of sericin structure and its modified materials

LIN Nan1， ZUO Baoqi1，2

（1.College of Textile and Clothing Engineering， Soochow University， Suzhou 215006， China;2.National Engineering Laboratory for Modern Silk， Suzhou 215123， China）

Abstract：

The sericin raw materials are rich in resource and have excellent performance. Nowadays， sericin has shown great development potential in cosmetics， food， medicine， biomaterials and other aspects. This paper describes the composition of sericin and predecessors studies on its structure， and introduces the principle of sericin fixation and current research progress of sericin fixation. Meanwhile， this paper summarizes the progress in biological application of natural sericin， sericin composite material， sericin modified material and regenerated sericin material， and puts forward the existing problems and future research directions， in order to further apply sericin， turn sericin into a treasure and obtain better social and economic benefits.

Key words：

sericin; wearability; fixation finishing; biological properties; modification

收稿日期： 20200330;

修回日期： 20200915

基金项目：

作者简介： 林楠（1997），女，硕士研究生，研究方向为丝蛋白生物材料。通信作者：左保齐，教授，bqzuo@suda.edu.cn。

蚕丝主要包含丝素和丝胶蛋白，由两根丝素纤维被丝胶黏合而成。据报道，世上现存的蚕品种超过4 000个，其中中国就有近千个品种。据有关资料统计，2016年全国生丝的年产量约为16万t左右，据此推算丝胶蛋白产量高达3万t[1 3]。丝素已被广泛地用于纺织工业和医学修复材料研究，但丝胶在蚕丝脱胶处理过程中一直被当作废弃物。这些废弃的丝胶降解时会消耗大量的氧，严重污染环境。如果丝胶蛋白能得到有效利用，不仅可以产生很好的经济效益，也能减少对环境的危害。

1 丝胶蛋白的结构

1.1 丝胶蛋白的组成

丝胶蛋白主要来自绢丝类昆虫，由蚕中部丝腺分泌，以鳞状粒片不规则地附着于丝素的外围，占蚕丝质量的20%～30%[4 6]，结茧时有润滑和胶黏作用，能黏合蚕丝成茧层，缫丝时抱合蚕丝成生丝，增加蚕丝的稳定性和弹韧性[7 12]。丝胶中除含少量蜡质、色素、碳水化合物和无机元素外，主要成分是丝胶蛋白（通常称为丝胶）[13]。丝胶水溶性极好，是一种既能溶解于碱性溶液、又能溶解于酸性溶液的具有两性性质的球状蛋白，等电点约为3.8～4.5。丝胶相对分子质量分布比较宽，从24～400 kDa均有分布。丝胶中含有18种氨基酸，其中含有羟基、羧基的极性氨基酸的含量很高，因此具有极好的亲水性。表1为丝胶蛋白的氨基酸组成[14]。

1.2 丝胶的结构

“丝胶由两种不同的蛋白质构成”的观点形成已久，其中1931年金子英雄的“A、B丝胶论”比较普遍地为学术界所接受。金子英雄[15]在丝胶溶液中加入其1/2体积的饱和硫酸铵溶液得到沉淀，把该沉淀归为丝胶A，除去丝胶A后在上层清液中继续加饱和硫酸铵，把达到1/2饱和时的沉淀归为丝胶B。但之后许多研究者按此法得到A、B胶后，发现两种丝胶的氨基酸组成没有明显差别，X射线衍射图、红外光谱图也非常相似，逐渐动摇了“A、B丝胶论”的合理性[16]。

小松计一[7，10，17 19]在其研究中指出，丝胶从外至内有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种类型，该论断是根据丝胶在热水中的溶解特征得到的，用紫外吸光度进行定量分析，得出Ⅰ︰Ⅱ︰Ⅲ︰Ⅳ=41.0︰38.6︰17.6︰3.1的结论。其中，丝胶Ⅰ经40 min即可溶于热水，丝胶Ⅱ经3 h可溶于热水，而丝胶Ⅲ、Ⅳ可溶于碱液，丝胶Ⅳ在精炼工艺中还会有残留，从而使丝织物拥有特殊的风格。实验表明，一分子难溶性丝胶是三分子易溶性丝胶在旋转椭圆体长轴方向的会合体[20]。丝胶Ⅰ是蚕丝最外层、最好溶解的部分，硬而脆;丝胶Ⅱ表面光滑，有光泽、较硬，使纤维具备一定的刚性和抗皱性，其对紫外线有反射性从而减缓真丝泛黄速度，因此适度保留一些丝胶Ⅱ可很好地改善真丝性能;丝胶Ⅲ分子间有少量二硫键，但不足以赋予纺织材料足够的强度，也没有丝胶Ⅱ的光滑度;丝胶Ⅳ里有较多的蜡质，最难去除[10，21]。

丝胶由蚕的中部绢丝腺分泌，后、中、前三区又分别合成丝胶Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ。丝素蛋白经过中部绢丝腺时，构成内里是液状丝素、外侧是液状丝胶的双层同心圆柱，两种蛋白质相分离而不混合[12]。

关于丝胶的分子形态，杨百春等[20]指出“凡丝氨酸、苏氨酸、撷氨酸、异亮氨酸及胧氨酸含量的加权值越大，α螺旋含量越少”，所以丝胶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中这几种氨基酸的加权值都接近50%，基本上不含α螺旋结构，而Ⅳ的加权值只有2737%左右，估计有33%的α螺旋。进而用旋光色散和圆二色光谱测定，发现在195 nm处都没有出现峰，得出丝胶Ⅳ不含α螺旋结构，只有无规卷曲和β折叠结构。对于其中的比例，一种说法是丝胶在水溶液中是无规卷曲和β折叠结构的混合，不同材料测得约含β折叠22.2～35.6 mole%;小松计一[22]则提出根据圆二色光谱在218 nm处的峰值，越接近丝素内层的丝胶中含β折叠结构越多，这一说法在酰胺Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ的红外光谱吸收带特征中得到了证明。但外层丝胶在湿度等环境条件影响下容易由无规卷曲不可逆地转变为β折叠结构，添加塑化剂、交联剂，或将丝胶蛋白溶液冻干等可诱导β折叠结构的形成（图1）[9]。据推测，丝胶中也许也有结晶区[8 9，13，17 18，23 24]。

总体来说，丝胶蛋白中有大量极性氨基酸，亲水性极好，大部分是无规卷曲和α螺旋结构，最内层丝胶中含少量β螺旋结构。这些都与丝素有较明显的差别，使得人们可以找到适当的工艺让两者分离，虽然要做到完全分离比较困难，但足够使脱胶后的丝素能够为人类所利用。近年来，人们对丝胶的组成结构、性质功能越来越清晰，环保意识也有了很大的提高，如何有效地将丝胶蛋白这一天然资源运用于丝绸纺织品和生物医用领域引起了人们的兴趣。

2 服用蚕丝纤维中的丝胶

为了提高茧丝的柔软度，也减少蛋白变性，传统丝织品生产工艺对茧丝进行精炼工艺以除去丝胶，浪费了性能优良的丝胶蛋白，还会对环境产生污染。对茧丝进行固胶处理，不仅节约了材料、降低对环境的污染，而且可使茧丝具有良好的服用性能，提升产品质量和档次，发展生丝新品种[10]。

2.1 丝胶固着原理

丝胶固着即采用物理或化学方法，使交联剂与丝胶分子中的氨基酸侧链基团发生交联，让丝胶具有水不溶性，以稳定的结构固着于丝素上，作为丝纤维的一部分在后续加工中被利用[10，25]。经过固胶处理的茧丝，湿热稳定性会提高，与熟丝比更厚实，蓬松性与耐酸耐碱性也有一定的提高，同时机械性能增强，伸长率有所增加。生丝经过丝胶固着处理，遮蔽了蚕丝原有的光泽、白度和手感等，但由于丝胶的存在，可得到类似于麻和羊毛的纤维，因而固胶处理又称仿麻或仿毛加工，用以开发生丝的新品种[26]。织物中丝胶固着率高的生丝含量越多，身骨、刚度的风格值越高，相反柔软度会明显下降[27]。经固胶处理后，伴随茧丝增重率提升，丝纤维的—CH2—的伸缩振动在2 924.3 cm-1处峰强度也有显著增加，丝纤维中的β折叠构象逐渐减少，α螺旋和无规卷曲成分上升[28]。

2.2 丝胶固著整理技术的进展

丝胶固着整理常用的化学药剂有醛类（如甲醛、戊二醛）、重金属盐类（如铬盐）、丹宁、合成树脂（如环氧树脂）、氯化三聚氰及二氯三嗪型活性染料、少量二官能性活性染料和氯烃有机化合物。其中，甲醛、戊二醛、铬盐的实用性最好[27]。

2.2.1 无机物试剂处理法

利用三价铬盐进行固胶处理，铬离子会与丝胶生成络合物，再用碱类进行膨化处理，可使丝胶难以溶解;六价铬盐也可用于固着丝胶，但作用较小，因此常用铬明矾和氯化铬等制得碱性盐使用[26]。也可使丝胶预先充分吸收丹宁酸，再用铬酸盐进行处理固着丝胶。生丝膨化后柔软度提高，但铬盐会使丝绸呈现蓝光，故适用于染色物[26]。现有的铬盐生产工艺每生产1 t铬盐会排出1.0～1.5 t的含铬危废，这些废弃物容易进入周围的土壤、地下水和空气，带来严重的环境污染，铬盐行业也因此被列入重污染行业之首[29]。虽然经铬盐、单宁酸 铬盐固着法的蚕丝在使用过程中对人体和环境没有影响，但铬盐生产过程中的污染至今无法避免。

2.2.2 醛类有机试剂法

1）甲醛：甲醛能与丝氨酸和酪氨酸的—OH基、精氨酸等的—NH2等官能团反应，形成亚甲基桥或亚甲基醚桥（在丝胶和丝素分子间架桥结合）。甲醛处理后，蚕丝的碱溶解度会大幅度减小，若对生丝进行甲醛处理，甲醛与丝胶中的—OH、—NH2、—COOH、酚性—OH等各种官能团反应，丝胶成为难溶性蛋白而固着。与其他方法相比，甲醛固着法的优势在于其不会使蚕丝纤维着色，加工工艺也简单。然而甲醛是一种对人体肌肤和呼吸道粘膜有刺激，还可能引起癌变的有害化学品，其在整理加工中不但对操作者有影响，而且整理后的蚕丝在存放和使用时都会分解释放甲醛，对人体健康有很大的危害[30]。

2）戊二醛（GA）：1978年，日本《纤维加工》[31]提出GA固胶工艺，此法简单易行，只用GA处理就能使丝胶牢固地固着，固着后的蚕丝有良好的耐酸碱性。但浸渍时间增加，蚕丝会有泛黄现象，因此GA固胶必须要进行氧化漂白后处理。针对GA固胶后真丝泛黄的问题，有研究者提出将GA与还原剂并用，对丝胶进行固着。比如加入NaHSO3后可有效防止生丝泛黄，并且不会大幅度损伤生丝的力学性能。研究指出，GA固胶达到了目前无甲醛整理的最高水平[10]。NaHSO3与GA混用虽然可解决蚕丝在GA中长时间浸泡会泛黄的问题，但同时丝胶的固着效率会下降，且GA有特殊气味，对呼吸道粘膜、皮肤和眼睛都有刺激。

3）二醛淀粉：此法是用二醛淀粉与硼砂的中性缓冲溶液进行固胶处理。由于二醛淀粉链节的双官能性，可使丝素与丝胶分子间产生交联，而使丝胶固着[32]。经处理后的真丝很少泛黄，不需要漂白处理即可进行后加工，但真丝强度下降，伸长率提高。

2.2.3 其他有机试剂处理法

1）氯化三聚氰和二氯三嗪系活性染料[26]：用醛类进行丝胶固着处理的蚕丝经氯化三聚氰和二氯三嗪系活性染料染色后，丝胶的不溶性有所增加，故由此推测，该类活性染料对丝胶能起到固着作用。经三聚氰盐固着丝胶后的丝手感柔软而蓬松，丝胶固着强度也高。据推测，是由于丝胶中的—NH2—、—OH与氯化三聚氰本身反应而提高了其不溶性。1992年，刘今强等[33]研究发现二氯三嗪系活性染料的固着作用是由于染料以共价键与丝胶大分子间形成了交联，该方法可以作为蚕丝丝胶固着和染色一步法新工艺。

2）环氧化合物[10]：20世纪70年代后期，国外有大量关于环氧化合物固着丝胶的研究。环氧化合物对丝胶的固着是通过与其活性链发生交联反应达到的，故与活性链反应越强，对丝胶的固着效果也越好。对环氧化合物固着丝胶的条件进行调整，可得到外观风格与原生丝无异，且蓬松、耐酸碱的固胶丝[34]。仅用环氧化合物水溶液处理时反应非常缓慢，若加热或加入催化剂，容易产生副反应，使催化反应不充分;且环氧化合物的制作过程复杂，其性质又活泼，与酸碱亲核试剂均易发生反应。故用环氧化合物进行固胶处理受到较多条件限制。

3）合成树脂法[26]：使用尿素甲醛、三聚酰胺醛这样的热硬化性树脂进行固胶处理，或者用苯乙烯、丙烯酸酰胺、丙烯氰、丙烯酸酯等进行接枝，也可以改变丝胶的溶解性，达到固着丝胶的目的。

以上的多种固胶法都存有一些缺陷，阻碍它们在实际工艺中的推广及应用。固胶处理后的丝绸具有较好的耐酸碱性、抗皱性、蓬松性，对其服用性能有很大的影响，赋予丝绸特殊的风格。丝胶固着整理由来已久，当前较为成熟的工艺包括环氧树脂法、戊二醛法等。固胶技术经历了20世纪80年代广泛的研究后，新技术的报道鲜有出现，目前应用较多的仍旧是传统固着技术略加改良。这些固胶方法要获得较高白度的茧丝要以较低的固胶率作为代价，造成药品浪费、效率降低，往往还需要重添机器设备。总之，丝胶的固着反映了人们对丝胶在纺织品中利用的重视，但固着方法的完善还有待深入研究。

3 丝胶的生物性能

相比于丝素蛋白，丝胶蛋白机械性能差、降解快，且一直被当作蚕丝免疫原性的主要原因[35 37]，故丝胶蛋白在很长一段时间内没有得到关注。而对丝胶进一步的研究发现，纯丝胶蛋白同丝素蛋白一样具有极低的免疫原性。随着再生医学的发展，人们需要寻找生物学性能更好的新材料来替代目前所用的生物医用材料。丝胶蛋白因其良好的水溶性、吸湿抗氧化性、低免疫原性、促细胞增殖能力活性和独特的原位荧光性等逐渐成为新型天然材料的研究热点。

3.1 天然丝胶蛋白

1）吸湿性：丝胶具有良好的吸湿性，能自然成膜，起到类似于肌肤角质层中天然保湿因子的作用，防止皮肤起皱[1，13，38]。丝胶蛋白作为化妆品的主要成分在很早就受到关注。1958年便出现了使用0.1%～1.0%丝胶作为护发剂有效成分的专利[39]，之后较长时间未有进一步应用的报道。日本对于丝胶的研究非常活跃，2000年左右有大量以丝胶为有效成分的化妆品面世，如润肤霜、沐浴液、护发素等。

2）抗紫外线和抗氧化[1，13，23，38，40 43]：丝胶中的酪氨酸（Tyr）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）等能消除肌体内过量的自由基，抵御光线与污染物等对肌肤的损伤，延缓皮肤衰老和防止皱纹出现，使肌肤保持正常状态。同时，家蚕茧丝胶蛋白可以整合铜、亚铁等金属离子，减少肌肤氧化[44]。

3）低（无）免疫原性：關于蚕丝免疫原性的争议一直都存在，丝胶蛋白原先被认为是造成蚕丝蛋白生物医学材料高免疫原性的主要因素之一[35 37]，后来的研究发现蚕丝蛋白生物医学材料免疫原性主要是由丝胶蛋白与丝素蛋白混合使用而产生[14，45 47]。丝素蛋白本身有良好的生物相容性;丝胶由外到内越来越难去除，通过碱液溶解蚕丝外层丝胶，得到的丝胶蛋白中丝胶Ⅳ含量很少，因而没有明显的细胞毒性[10]。研究表明蚕丝不致敏、无刺激性或遗传毒性，体内试验中没有明显的炎症反应，且无生物毒性[12，38，40，48]。Aramwit P等[49]和Dash R等[50]发现能识别柞蚕丝胶蛋白的抗体不与蓖麻蚕和桑蚕丝胶蛋白起作用。Bruce P等[45]则发现纯丝胶蛋白不会引起小鼠巨噬细胞的吞噬，但与丝素蛋白结合后免疫反应增强。这说明丝胶与丝素呈结合状态时，二级结构的改变也会影响其免疫原性。丝胶蛋白在皮肤炎症反应中能够抑制促炎症细胞因子的释放，含有丝胶蛋白的乳膏就被应用于治疗尿毒症引起的慢性皮肤炎症及角叉菜胶引起的炎症反应[9，51 52]。综上所述，纯丝胶蛋白不但没有明显的免疫原性，还能用于抑制少数炎症反应。

4）促细胞增殖能力：多项研究表明，丝胶蛋白能在细胞培养基中代替胎牛血清发挥营养作用，促进细胞增殖[21]。虽然丝胶蛋白促进细胞增殖的具体机制还有待于研究，但据现有的结果可以归纳为以下三方面。其一是丝胶蛋白中丰富的羧基、氨基、羟基能够清除内环境中游离的自由基，保护细胞膜上的蛋白和脂肪不被氧化，降低细胞内的氧化应激反应[53 54]。其二是从已知的丝胶蛋白基因中发现了大量重复的基因序列，而富含丝氨酸的重复肽段有助于细胞的早期黏附，提高细胞存活率[55]。Zheng W等[56]在研究神经元体外存活的影响因素时提出了第三个原因，细胞内Bcl 2和Bax蛋白的二聚化是细胞凋亡的信号之一，丝胶能够降低神经元细胞凋亡通路中Bcl 2/Bax蛋白的比例，有效提高神经细胞的体外存活率[57 61]。

5）原位荧光性：19世纪的文献中已有对蚕茧荧光性的记载。丝胶蛋白具有自荧光性和良好的生物相容性，材料在体内试验中会与组织产生持久的相互作用，其在体内的分布、转移及降解行为都对应着荧光发色基团的信号改变，无须加入有毒有害的荧光染料或标记。这种自体荧光特性为可降解生物材料的示踪与监测提供了便利[9，62]。

3.2 改性丝胶蛋白材料

丝胶的力学性能不佳，对其在组织工程等领域的应用大有限制。近年来，为了将丝胶制备成理想的医用生物材料，国内外学者们致力于对丝胶进行改性。有通过添加化学交联剂与丝胶进行交联，如使用聚乙二醇二缩水甘油醚[63]、戊二醛[64]等;或与高分子材料复合进行改性，如明胶和丝素等。这些方案能有效地改善丝胶材料的机械性能，成功制成的丝胶膜、凝胶、支架等各种材料力学性能较好，在修复皮肤和骨等组织的应用上取得了相应进展。

1）混合丝胶膜：将丝胶膜用于创伤皮肤的修复时，材料直接与外界接触，因此力学性能与抗菌性是限制丝胶膜发展的两大问题。为改善丝胶膜的力学特性，Zhang H P等[65]在丝胶溶液中添加一定量的甘油，结果表明丝胶膜在干态与湿态下均可以通过调节甘油的量来控制丝胶膜的拉伸性能。傅里叶红外光谱全反射（ATR FTIR）和热分析（TGA和DSC）均表明甘油可促进丝胶膜形成无定形结构。扫描电镜（SEM）结果显示，甘油占10%时，两者混合得比较均匀。丝胶膜拉伸性能的改善增加了丝胶基吸水材料应用于组织工程的可能性。王雪云等[66]以乙醇处理的丝胶膜作为模板，采用氯化钙和磷酸氢二钠溶液交替浸渍，制备丝胶蛋白/羟基磷灰石复合膜。对该丝胶膜的微观形貌进行表征，发现矿化物能快速在丝胶膜表面生长，且沉积量在一定时间内不断增加，丝胶膜表面的结晶度也有提高，沉积的矿化物呈龟裂、薄板状，主要成分为无定形磷酸钙盐。细胞增殖试验结果表明，该复合膜材料能促进MG 63细胞的增殖与生长。此外，还可以加入抗菌药物，使其具有清除细菌、减少创面感染的作用。

2）复合凝胶：丝胶蛋白中含有多种活性亲核基团，表现出良好的吸附能力，不僅能吸收伤口多余的分泌物，有助于保持创伤界面的潮湿环境，为伤口的愈合创造适合的微环境，还可制备生物吸附剂，用于有效资源的回收利用。杨梅蓉[14]通过将丝胶蛋白溶液和琼脂糖溶液共混并冷冻干燥，成功地制备了丝胶/琼脂糖复合凝胶。该凝胶具有多孔和相互连接的结构，可在伤口界面进行气体交换和吸收伤口渗出物。该共混凝胶有较高的吸水能力，可应用在处理多量渗液水平的伤口上。负载溶菌酶的丝胶/琼脂糖凝胶具有持续的溶菌酶释放能力，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抗菌能力，并且对小鼠胚胎成纤维细胞和人胚胎肾细胞具有优异的细胞相容性。

3）丝胶蛋白水凝胶：丝胶可自然形成凝胶，但该凝胶的力学性能差，不能用作生物材料，利用化学修饰可以明显地提高丝胶凝胶的机械性能。张思敬等[67]通过在丝胶基质上接枝2，5 二硫二脲制备生物吸附剂改性丝胶，对比结果显示改性丝胶比蚕丝丝胶对Ag+具有更高的吸附量和更好的吸附选择性，且此吸附剂可有效再生并循环使用。张业顺[62]使用结构未遭破坏的天然丝胶蛋白，与戊二醛进行交联后成功制得纯丝胶蛋白水凝胶。该丝胶蛋白水凝胶具有良好的生物相容性，细胞黏附性、荧光特性、可注射及原位成胶、降解敏感性、高弹性、高孔隙率和维持药物释放的性能，可作为递送细胞或药物的多功能平台。王琳等[68]使用高温碱液提取丝胶蛋白，使用紫外光激发甲基丙烯酸酐与丝胶蛋白产生交联，制备出的改性水凝胶有良好的生物性能，不仅可以搭载多种细胞成为生物支架，还可作为药物载体，并利用其自荧光性监测药物在体内的情况。这种丝胶可用微创方式注入人体，原位成胶，修复受损神经，有效减少生物材料植入与取出对生物体的影响，有望解决心梗、外周神经损伤等多种医学难题。Kundu B等[69]添加N，N 亚甲基双丙烯酰胺与丝胶蛋白自然凝胶，得到了具有良好机械性能和热稳定性，并能很好地吸附成纤维细胞的水凝胶。Zheng等[56]在丝胶蛋白溶液中添加京尼平，制得有神经保护功能的京尼平 丝胶水凝胶。

4）复合支架材料：丝胶蛋白满足组织工程支架要求的无毒、可降解、多孔结构、一定的力学性能等要求，但与丝素相比，其力学性能较差，需与其他材料混合使用才能用于支架材料。方艳等[70]利用冷冻干燥法将不同比例的丝胶蛋白、羟基磷灰石、聚己内酯混合，制备出丝胶蛋白/羟基磷灰石/聚己内酯复合支架材料。结果显示，复合材料成型效果好，孔隙分布均匀，孔隙率高于50%，丝胶蛋白分子结构无显著变化，体外细胞检验结果表明该复合材料有利于细胞生长。

5）纯丝胶凝胶支架：化学修饰能大幅提高丝胶凝胶的机械性能，但加入化学试剂后可能会降低材料的生物相容性，因此减少化学试剂的使用来制备丝胶材料将是一个重要突破。Zhang H P等[46]用沸水提取的丝胶作为原料，不使用化学交联剂，而是进行反复冻融，制备了一种新型的海绵状纯丝胶凝胶支架材料。通过对制备条件（如丝胶浓度、冷冻时间、冷冻温度和冷冻解冻次数等）的控制来调控支架的生成率，确定了最优制备条件，并对不同条件下制得的支架的多孔结构、孔径大小分布等进行了研究，证明不使用其他试剂，单纯利用加工方式来调整丝胶材料的力学性能是可行的，为开发实用性凝胶支架材料建立了基础。

3.3 再生丝胶蛋白材料

不同于丝素蛋白，丝胶蛋白有较好的亲水性，相对分子质量较小，经脱胶提取后进行简单处理即可用于生物材料的研究。提取后的丝胶蛋白即天然丝胶蛋白，将其用以共混、化学物理交联即得改性丝胶蛋白;天然丝胶蛋白经过进一步处理可得到再生丝胶蛋白，如冷冻干燥后研磨得到的丝胶粉末，水解后得到更小分子丝胶蛋白等。Deng L X等[71]用碱性蛋白酶水解使用沸水提取的丝胶蛋白，得到不同相对分子质量的丝胶溶液，在此基础上，选择适当相对分子质量的水解丝胶蛋白，再与丙烯酸/丙烯酰胺复合单体进行接枝共聚，制备生物降解性良好的酶解丝胶/丙烯酸/丙烯酰胺复合吸水材料。试验显示，当碱性蛋白酶和丝胶的质量比到达5 mg/g时，该复合吸水材料的接枝率、吸水率、保水率、降解率均为最优。此时经冷冻干燥的酶解丝胶/丙烯酸/丙烯酰胺复合吸水材料对去离子水的吸收倍率可达到896 g/g，对自来水的吸收倍率达424 g/g，吸收0.9%NaCl溶液倍率为83 g/g。该研究为再生丝胶蛋白材料的研究提供了新思路，推动了新型丝胶材料的诞生。

丝胶是一种生物学特性良好的天然球蛋白。天然丝胶蛋白因其良好的吸湿性、抗紫外线和抗氧化能力，在化妆品添加剂方面具备良好的开发潜能;原位荧光性为可降解生物材料的示踪与监测提供了便利;丝胶蛋白膜可以很好地黏附成纤维细胞;丝胶/复合凝胶对小鼠胚胎成纤维细胞和人胚胎肾细胞具有优异的细胞相容性;丝胶蛋白复合支架材料可促进细胞生长;酶解丝胶/丙烯酸/丙烯酰胺复合吸水材料具备很好的生物降解性。但丝胶的结构决定了其机械性能较差，通过共混和交联方式改善力学性能仍是目前的主要研究方向。另外，对丝胶蛋白促进细胞增殖的详细机制还需要深入研究，以期为丝胶蛋白材料如何引导其他细胞行为提供理论依据。

4 结论与展望

本文讨论了茧丝中丝胶固着整理常用的几种方法，并对丝胶生物性能的应用研究方面的进展作了简要梳理。丝胶蛋白具有极好的亲水性，大部分为无规卷曲和α螺旋结构，最内层丝胶中含少量β螺旋结构;丝胶可以通过固胶技术应用于服用纺织品，获得具有特殊风格和性能的丝绸产品;丝胶蛋白具有良好的生物性能，已被用于护肤品和抗炎症产品;由丝胶蛋白制成的混合丝胶膜、复合凝胶、支架材料等显示出良好的生物相容性和促细胞增殖能力，很好地促进了丝胶在生物材料领域的研究。

虽然丝胶逐渐有了关注度，然而目前针对丝胶蛋白的研究还不足以支撑临床应用的需求，市面上还没有成熟的丝胶用于生物医药领域的产品，丝胶的市场化还需要经过细胞试验、小动物试验、大动物试验、相容性测试、一期临床试验、二期临床试验等较长的发展阶段。此外，还可以在以下三个方面进行深入探索：1）丝胶蛋白中含有多种杂质，不易去除;丝胶Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共占丝胶蛋白约60%，但都较难溶解，提取过程长。如何将丝胶与丝素快速分离，并且要获得纯度较高的丝素和丝胶，从源头上提高茧丝的利用率，提升原料质量。2）目前的研究主要针对较高相对分子质量的丝胶蛋白，而纺织工业废水中的丝胶蛋白相对分子质量较低，如何有效回收纺织工业废水中的丝胶蛋白，再利用好这些低相对分子质量丝胶蛋白还需要探索。3）丝素蛋白材料的表面形貌與微图案化对细胞的增殖和生长有引导作用，深入研究丝胶蛋白材料对细胞行为的影响有助于提高材料的生物相容性。

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